人工智能賦能初中化學實驗教學

【摘要】化學實驗是探究化學原理的重要形式，也是學生學習化學知識的重要途徑。教師可以將人工智能技術(shù)用于初中化學實驗教學，借助豐富的教學資源、科學的教學模式激發(fā)學生的實驗探究興趣，培養(yǎng)學生的化學學科核心素養(yǎng)。文章立足教學實踐，對初中化學教師利用人工智能技術(shù)優(yōu)化實驗教學的策略展開研究，從輔助學生預習、組織實驗活動、布置實驗作業(yè)三個層面給出教學建議，以期為教師優(yōu)化初中化學實驗教學提供參考。

【關(guān)鍵詞】人工智能；初中化學；實驗教學

作者簡介：錢海燕（1978—），女，江蘇省鎮(zhèn)江實驗學校。

在當今時代背景下，教師應積極嘗試將人工智能技術(shù)運用到課程教學中，借此優(yōu)化教學模式、改善教學方法、提高教學效率?；瘜W實驗是初中化學教學的重要內(nèi)容。通過具體的實驗活動，學生可以熟悉化學實驗探究的一般思路與方法，學會基于實驗事實得出結(jié)論，了解探究物質(zhì)組成和反應規(guī)律的技巧，掌握控制變量和對比實驗等實驗方法，提升化學學科核心素養(yǎng)。傳統(tǒng)化學實驗教學存在交互性不強的問題，導致學生常在掌握化學實驗原理與方法時遇到困難。人工智能技術(shù)具有資源豐富、功能強大的特征，將人工智能技術(shù)用于初中化學實驗教學，可以改善實驗教學環(huán)境，優(yōu)化實驗教學模式［1］。

一、人工智能賦能初中化學實驗教學的優(yōu)勢

首先，教師可以利用人工智能技術(shù)創(chuàng)設(shè)生動的教學情境，將初中化學實驗活動與現(xiàn)實生活現(xiàn)象巧妙關(guān)聯(lián)，以拉近學生與教學內(nèi)容的距離，消除學生的畏學情緒，激發(fā)學生的學習興趣［2］。

其次，教師可以利用人工智能技術(shù)監(jiān)測學生的學習情況，發(fā)現(xiàn)學生在確定實驗原理、選擇實驗儀器、組裝實驗裝置、設(shè)計實驗步驟、進行實驗操作等環(huán)節(jié)存在的問題，并及時給學生提供有針對性的建議，確保學生順利完成實驗，從實驗探究活動中獲得能力增長。

最后，教師可以利用人工智能技術(shù)生成思維導圖等學習支架，指導學生在完成實驗后有條理地回顧實驗原理及實驗過程。在圖文并茂的思維導圖等學習支架的幫助下，學生可以發(fā)現(xiàn)化學知識、實驗方法、實驗原理之間的本質(zhì)關(guān)聯(lián)。

二、人工智能賦能初中化學實驗教學的策略

（一）利用人工智能技術(shù)輔助學生預習實驗內(nèi)容

教師可以利用人工智能技術(shù)制作微課視頻、演示文稿、“實驗任務單”，指導學生預先了解實驗目的及實驗原理，熟悉實驗器材和實驗步驟，為后續(xù)在課堂上高效完成化學實驗奠定基礎(chǔ)［3］。

1.利用人工智能技術(shù)制作微課視頻

教師在應用人工智能技術(shù)制作微課視頻時，既需要介紹清楚化學實驗的原理，又需要演示化學實驗的基本流程，確保學生能夠通過微課視頻預先了解實驗的基本內(nèi)容［4］。

例如，在教授滬教版化學九年級上冊教材中的“基礎(chǔ)實驗1 氧氣的實驗室制取與性質(zhì)”時，教師可以應用“奇妙元”等人工智能平臺制作微課視頻。首先，教師需要登錄自己的帳號，然后點擊“視頻制作”版塊，進入“數(shù)字人視頻制作”，并“創(chuàng)建項目”，開啟微課視頻制作。其次，教師需要選擇合適的數(shù)字人形象，輸入語音文本，包括氧氣的實驗室制取方法（加熱高錳酸鉀或氯酸鉀制氧氣、分解過氧化氫制氧氣）、氧氣的收集方法（排水法、向上排空氣法）、氧氣的性質(zhì)等，然后“編輯背景”，導入化學實驗室的照片。最后，教師需要點擊“導出視頻”按鈕，生成微課視頻。如果教師感覺生成的微課視頻理論內(nèi)容過多、實驗流程介紹過于簡單，還可以應用“豆包AI助手”獲取與實驗活動、實驗器材有關(guān)的圖片，如鐵架臺、放入高錳酸鉀的試管、酒精燈、長導管、集氣瓶的圖片，然后將這些圖片插入微課視頻，增強微課視頻的真實感。

2.利用人工智能技術(shù)發(fā)布“實驗任務單”

教師可以在梳理初中化學實驗課程的教學重點與難點后，利用人工智能技術(shù)，根據(jù)教學重點與難點設(shè)計系列學習任務，生成“實驗任務單”，使學生預先了解課堂學習要點［5］。

例如，在教授滬教版化學九年級上冊教材中的“基礎(chǔ)實驗2 水的組成及變化的探究”時，教師可以應用人工智能技術(shù)分析教材內(nèi)容及學生學情，確定實驗教學的起點，明確學生的學習目標、學習重難點、學習任務、參考資料，生成如表1所示的“實驗任務單”，協(xié)助學生在課前高效預習。

（二）利用人工智能技術(shù)組織實驗活動

傳統(tǒng)初中化學實驗教學的教學方法相對單一，容易造成學生缺乏學習興趣、學習參與度低［6］。教師可以利用人工智能技術(shù)優(yōu)化初中化學實驗教學環(huán)境，為學生提供更多自主探究的機會，讓學生在實踐操作中感悟?qū)嶒炘怼⒄莆諏嶒灧椒ā⑻嵘C合能力。

1.創(chuàng)設(shè)教學情境

在教學前，教師可以利用人工智能技術(shù)收集、整理與教學內(nèi)容相關(guān)的趣味現(xiàn)象，然后據(jù)此創(chuàng)設(shè)教學情境，以增強實驗教學的趣味性，調(diào)動學生的實驗探究積極性，激發(fā)學生的學習興趣。

例如，在教授滬教版化學九年級上冊教材中的“基礎(chǔ)實驗3 燃燒條件的探究”時，教師可以利用人工智能技術(shù)收集趣味教學資料，并由此創(chuàng)設(shè)教學情境。

【教學情境之魔棒點燈】

將一根玻璃棒伸向酒精燈頂部，酒精燈的燈芯一下子被點燃。蓋滅酒精燈后，取下酒精燈燈帽，重復操作，玻璃棒仍然可以點燃酒精燈。

【教學情境之燒不壞的手帕】

展示一塊浸濕的手帕，輕輕擠掉多余的液體，然后用火柴將其點燃，此時手帕表面覆蓋著火焰。但火焰很快熄滅，而手帕完好無損。

觀察上述現(xiàn)象后，學生自然會對現(xiàn)象背后的原理感興趣。這時，教師可以依次揭秘：在第一個教學情境中，玻璃棒的一端蘸著高錳酸鉀和濃硫酸的混合物，高錳酸鉀與濃硫酸反應生成高錳酸酐，高錳酸酐具有強氧化性，而酒精具有還原性，高錳酸酐遇到酒精會劇烈反應，放出大量熱量，從而點燃酒精燈；在第二個教學情境中，教師事先用10 mL濃度為70%的酒精浸泡手帕，再用10 mL水浸泡手帕，酒精的沸點相對較低，僅為78℃，而水的沸點是100℃，這意味著手帕被點燃時，酒精比水先揮發(fā)，在手帕燃燒的過程中，大部分水仍然留在手帕上，起到保護手帕的

作用。

2.設(shè)計系列問題

教師可以在確定實驗教學核心內(nèi)容后，利用人工智能技術(shù)設(shè)計問題，引導學生分析實驗現(xiàn)象、探究實驗原理。

例如，在教授滬教版化學九年級上冊教材中的“基礎(chǔ)實驗4 二氧化碳的實驗室制取與性質(zhì)”時，教師利用人工智能技術(shù)設(shè)計導學問題。人工智能提供的問題如下：（1）回顧“氧氣的實驗室制取與性質(zhì)”的內(nèi)容，推測制取二氧化碳的實驗流程；（2）混合碳酸鈉與稀鹽酸、碳酸鈣與稀硫酸、塊狀大理石與濃鹽酸以及高溫加熱木炭與氧化銅粉末都可以得到二氧化碳氣體，請分析為什么人們一般不用這些化學反應制取二氧化碳；（3）分析制取二氧化碳的實驗裝置，嘗試畫出氣體發(fā)生裝置、氣體收集裝置；（4）分析自己可以通過哪些現(xiàn)象確定二氧化碳的性質(zhì)。

其中，問題（1）可以驅(qū)動學生利用已掌握的實驗知識、經(jīng)驗確定制取二氧化碳的實驗思路。問題（2）可以驅(qū)動學生對比Na2CO3+2HCl2NaCl+H2O+CO2↑、CaCO3+H2SO4CaSO4+H2O+

CO2↑、C+2CuO2Cu+CO2↑等化學方程式的特征，總結(jié)使用稀鹽酸與塊狀大理石制取二氧化碳的優(yōu)勢，確定實驗室制取二氧化碳實驗的原理。問題（3）可以驅(qū)動學生反思實驗過程，積累實驗操作經(jīng)驗。問題（4）可以驅(qū)動學生結(jié)合實驗現(xiàn)象、實驗方法進行反思，從而扎實掌握二氧化碳的物理性質(zhì)與化學性質(zhì)。

3.開發(fā)課外探究項目

在學生完成實驗操作后，教師可以利用人工智能技術(shù)整理與化學實驗相關(guān)的現(xiàn)實問題，基于現(xiàn)實問題開發(fā)課外探究項目，激勵學生應用實驗知識、技能解決現(xiàn)實問題，借此提高學生學以致用的能力［7］。

例如，在教授滬教版化學九年級上冊教材中的“基礎(chǔ)實驗5 常見金屬的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)”時，教師利用人工智能技術(shù)生成以下課外探究項目：（1）探究防止金屬生銹的方法；（2）了解廢金屬回收處理工藝，調(diào)查再生金屬的用途（3）制作呼吁將金屬廢棄物回收的宣傳海報。

（三）利用人工智能技術(shù)優(yōu)化實驗作業(yè)設(shè)計

人工智能技術(shù)的普及為教師布置多樣化的化學實驗作業(yè)帶來便利。

1.利用人工智能技術(shù)設(shè)計分層書面作業(yè)

教師可以利用人工智能技術(shù)監(jiān)測學生的課堂學習表現(xiàn)，然后根據(jù)學生的學習態(tài)度、活動參與情況、知識與技能掌握情況劃分層次，并給不同層次的學生設(shè)置難度、數(shù)量不等的書面作業(yè)，以幫助不同層次學生鞏固學習成果。

例如，在教授滬教版化學九年級下冊教材中的“基礎(chǔ)實驗6 配制一定溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)的氯化鈉溶液”時，教師基于人工智能技術(shù)收集的教學數(shù)據(jù)設(shè)計了基礎(chǔ)、提升兩個層次的作業(yè)。其中，基礎(chǔ)作業(yè)可以幫助學生鞏固知識基礎(chǔ)，牢牢記住計算、稱量、溶解等實驗步驟。提升作業(yè)則可以鍛煉學生的遷移與應用能力，使其在分析、判斷、推理的過程中提升思維品質(zhì)。

【基礎(chǔ)作業(yè)】

配制50 g質(zhì)量分數(shù)為16%的氯化鈉溶液，需要氯化鈉的質(zhì)量為 g，需要水的體積為 mL（水的密度以1 g/mL計）。將氯化鈉倒入燒杯后，將水倒入盛有氯化鈉的燒杯，用玻璃棒攪拌，使氯化鈉完全溶解。用玻璃棒攪拌時，應注意 。將配制好的溶液裝入試劑瓶，貼上標簽，標簽上應包括溶液的 、 、 。

【提升作業(yè)】

以下關(guān)于配制100 g溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)為8%的氯化鈉溶液的說法中，錯誤的是（ ）。

A.配制溶液的步驟為計算、稱取氯化鈉、量取水、溶解。

B.量取水時，用規(guī)格為100 mL的量筒。

C.如果用量筒量取水時，俯視凹液面的最低處，那么所得溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)會小于8%。

D.用玻璃棒攪拌是為了加快氯化鈉溶解。

2.利用人工智能技術(shù)設(shè)計實驗操作作業(yè)

教師可以在利用人工智能技術(shù)分析學生的學習問題后，設(shè)計在線實驗作業(yè)，幫助學生鞏固學習成果。

例如，在教授滬教版化學九年級下冊教材中的“基礎(chǔ)實驗8 常見酸、堿的化學性質(zhì)”后，教師可以利用人工智能技術(shù)分析學生學情，隨后發(fā)布在線實驗任務，要求學生利用在線實驗軟件，選擇稀鹽酸、稀硫酸、稀氫氧化鈉溶液、石灰水、鎂條、鋅粒、銅片、碳酸鈉粉末、石灰石等實驗材料，自主設(shè)計并完成探究酸、堿化學性質(zhì)的實驗。

結(jié)語

綜上所述，教師可以巧妙利用人工智能賦能初中化學實驗教學，以提升學生的探究興趣，增強學生的學習體驗，培養(yǎng)學生的化學學科核心素養(yǎng)。初中化學教師應當認識到人工智能技術(shù)的教育優(yōu)勢，并將其合理應用到預習教學、課堂教學、作業(yè)布置等工作中，借助豐富的教學資源優(yōu)化初中實驗教學，讓學生在自主探究的過程中掌握實驗原理、方法，養(yǎng)成良好學習習慣，切實提升化學學科核心素養(yǎng)。

【參考文獻】

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［7］楊生動.“人工智能+教育”背景下初中化學智慧課堂教學的實踐研究［J］.教育文匯，2022（1）：46-49.